Tổng quan luận án
Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực cung cấp nguồn năng lượng chính cho khoảng một nửa dân số trên thế giới, trong đó hơn 90% sản lượng lúa được sản xuất và tiêu thụ tại khu vực châu Á theo ghi nhận của Nirmala Bandumula (2017). Tại Việt Nam, Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) giữ vị trí then chốt khi đóng góp 27% GDP và chiếm 90% sản lượng gạo xuất khẩu của cả nước (Paik và ctv, 2020). Tuy nhiên, do địa hình trũng thấp với cao trình nhiều nơi chỉ đạt từ 20 đến 30 cm so với mực nước biển, khu vực này chịu tác động nặng nề từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng và hiện tượng xâm nhập mặn (Schneider và ctv, 2020). Các đợt thiên tai hạn - mặn lịch sử trong các năm 2015–2016 và 2019–2020 đã làm hàng trăm nghìn hecta lúa bị thiệt hại hoàn toàn, đe dọa sinh kế của hàng triệu hộ dân (Nguyen, C.).
Trước thực trạng các giải pháp công trình như rửa mặn, đắp đê ngăn mặn đòi hỏi chi phí đầu tư lớn và khó triển khai trên diện rộng, chiến lược chọn tạo giống lúa chống chịu mặn kết hợp mùa vụ thích hợp được xác định là giải pháp kinh tế và có hiệu quả kỹ thuật cao (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007). Các giống lúa địa phương có khả năng chịu mặn tốt thường mang nhược điểm về thời gian sinh trưởng dài, năng suất thấp và phẩm chất gạo không đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Trong khi đó, phương pháp chọn giống truyền thống gặp khó khăn do tính trạng chịu mặn bị chi phối phức tạp bởi nhiều gen và chịu ảnh hưởng mạnh của môi trường. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là cần ứng dụng các công cụ di truyền phân tử để rút ngắn thời gian chọn tạo, chuyển nạp chính xác các gen chống chịu mặn vào nền di truyền của các giống lúa cao sản ngắn ngày thích nghi với điều kiện sinh thái ĐBSCL.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể gồm:
- Tuyển chọn và xác định vật liệu bố mẹ và dòng triển vọng bằng chỉ thị phân tử phục vụ cho cải tiến giống chịu mặn.
- Xác định kiểu gen và kiểu hình thích nghi với vùng bị xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long.
- Xác định dòng con lai ưu việt trong quần thể hồi giao có khả năng chịu mặn ở giai đoạn mạ.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm tập đoàn giống lúa mùa (101 giống) và tập đoàn giống lúa cao sản tại Đồng bằng sông Cửu Long, cùng các nguồn vật liệu lai bố mẹ như giống chịu mặn Pokkali và các giống cao sản nhận gen (OM1490, OMCS2000, OM6162).
Phạm vi nghiên cứu chuyên môn tập trung vào việc đánh giá kiểu hình, phân tích kiểu gen chống chịu mặn ở giai đoạn mạ, khảo sát tính thích nghi rộng và độ ổn định năng suất qua các thế hệ hồi giao. Địa bàn thu thập mẫu lúa mùa được tiến hành tại 10 tỉnh ĐBSCL. Các thí nghiệm phân tích phân tử, thanh lọc nhân tạo và khảo nghiệm đồng ruộng được thực hiện từ tháng 06/2015 đến tháng 09/2018 tại Viện lúa ĐBSCL và Công ty Công nghệ sinh học PCR, sau đó tiếp tục triển khai từ tháng 06/2015 đến tháng 09/2021 tại Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Công nghệ cao ĐBSCL (HATRI).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan tài liệu của luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu về hiện tượng nhiễm mặn, cơ chế sinh lý phản ứng của cây lúa và các phương pháp chọn tạo giống trong và ngoài nước:
Về quy mô xâm nhập mặn toàn cầu, Chen, S. ghi nhận đất canh tác bị ảnh hưởng mặn ước tính khoảng 397 triệu ha (chiếm khoảng 1/3 diện tích canh tác) và làm giảm 1-2% diện tích tưới tiêu mỗi năm. Singh, A. thống kê diện tích đất nhiễm mặn đã vượt quá 1 tỷ ha trên 100 quốc gia và tiếp tục mở rộng hơn 2 triệu ha hàng năm. Zhang và Peng (1996) tính toán nhu cầu lúa gạo toàn cầu cần đạt 800 triệu tấn vào năm 2030, nhưng năng suất có nguy cơ suy giảm 10% do tác động của thiên tai và đất nhiễm mặn (Lobell, D.). Tình trạng nhiễm mặn các hệ thống sông ngòi và đất nông nghiệp diễn ra nghiêm trọng tại Úc, Tây Ban Nha (vùng đồng bằng sông Ebro, Murcia), Địa Trung Hải, Ấn Độ, Trung Quốc, Pakistan, Argentina và Ai Cập.
Tại ĐBSCL, số liệu quan trắc của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2017) và Tổng cục Thủy lợi Việt Nam (2016) phản ánh sự biến động độ mặn gay gắt tại các cửa sông chính:
| STT |
Trạm quan trắc |
Sông |
Khoảng cách từ biển (km) |
Độ mặn lớn nhất ngày 14/3/2016 (g/l) |
Độ mặn lớn nhất ngày 14/3/2017 (g/l) |
Mức chênh lệch (g/l) |
| 1 |
Vàm Kênh |
Cửa Tiểu |
4 |
23,6 |
23,5 |
-0,1 |
| 2 |
Vàm Giồng |
Cửa Tiểu |
27 |
10,4 |
3,6 |
-6,8 |
| 3 |
Xuân Hòa |
Cửa Tiểu |
43 |
4,7 |
0,6 |
-3,9 |
| 4 |
Bình Đại |
Cửa Đại |
8 |
27,0 |
25,6 |
-1,4 |
| 5 |
Lộc Thuận |
Cửa Đại |
20 |
16,8 |
14,2 |
-2,6 |
| 6 |
Giao Hòa |
Cửa Đại |
38 |
8,5 |
3,2 |
-2,5 |
| 7 |
An Thuận |
Hàm Luông |
5 |
31,5 |
29,0 |
-2,5 |
| 8 |
Sơn Đốc |
Hàm Luông |
24 |
27,4 |
13,1 |
-14,3 |
| 9 |
Bến Trại |
Cổ Chiên |
6 |
29,3 |
25,2 |
-4,1 |
| 10 |
Trà Vinh |
Cổ Chiên |
26 |
14,6 |
9,6 |
-5,0 |
| 11 |
Trần Đề |
Sông Hậu |
6 |
27,3 |
20,3 |
-7,0 |
| 12 |
Đại Ngãi |
Sông Hậu |
33 |
13,7 |
7,2 |
-6,5 |
Tại khu vực hai sông Vàm Cỏ, độ mặn lớn nhất ghi nhận ngày 14/3/2017 tại Cầu Nổi (sông Vàm Cỏ, cách biển 30 km) là 13,6 g/l; Bến Lức (sông Vàm Cỏ Đông, cách biển 67 km) là 1,1 g/l; và Tân An (sông Vàm Cỏ Tây, cách biển 78 km) là 0,4 g/l (Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2017).
Về mặt sinh lý, độ mặn gây ra stress thẩm thấu, ngộ độc ion (Na+, Cl-), mất cân bằng dinh dưỡng khoáng (N, Ca, K, P, Fe, Zn) và stress oxy hóa (Wang, F.; Xiao, C.; Shrivastava và Kumar, 2015). Đất mặn làm giảm sự hấp thu phốt pho do hình thành kết tủa giữa ion phosphat và Ca2+. Nồng độ muối cao làm giảm diện tích lá, suy giảm hàm lượng diệp lục và độ dẫn khí khổng, dẫn đến ức chế quang hợp (Blanco và ctv, 2003; James và Camberato, 2001). Maas và Hoffman (1977, 1997) cùng Singh (2022) phân loại mức độ suy giảm năng suất cây trồng theo nồng độ mặn:
| Cấp độ mặn |
Độ dẫn điện EC (dS/m) |
Mức độ ảnh hưởng lên năng suất cây trồng |
| Không mặn |
< 2 |
Ảnh hưởng không đáng kể |
| Mặn nhẹ |
2 - 4 |
Chỉ ảnh hưởng đối với các cây trồng nhạy cảm |
| Mặn trung bình |
4 - 8 |
Ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất của nhiều loại cây trồng |
| Mặn cao |
8 - 16 |
Ảnh hưởng đến hầu hết các loại cây trồng (trừ cây chịu mặn) |
| Rất mặn |
> 16 |
Gây hại hầu hết các loài cây trồng (trừ cây chịu mặn cao) |
Cây lúa đặc biệt mẫn cảm với mặn ở giai đoạn mạ non (14 ngày tuổi, giai đoạn 2-3 lá) và giai đoạn trỗ - phát dục, nhưng có khả năng chống chịu tương đối trong giai đoạn nảy mầm và chín (Aslam và ctv, 2000; Yeo và Flowers, 1984; Temnykh, S.; Quesada, V.; Munns, R.; Yeo, K.T., 1990; Hossain và ctv, 2015). Yeo và Flowers (1984) đã chỉ ra các cơ chế sinh lý giúp cây lúa chống chịu mặn gồm: hấp thu chọn lọc, giữ muối tại mô libe để ngăn Na+ di chuyển lên chồi, cô lập Na+ vào không bào lá già và tăng tích lũy sinh khối nhằm duy trì tỷ lệ Na+/K+ trong chồi nhỏ hơn 1.
Trên thế giới, các chương trình chọn giống của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) đã phóng thích các giống chịu mặn như Pokkali, FL478, Bina Dhan 8, BRRI Dhan 55, IR64-saltol. Kỹ thuật nhân bản đoạn gen SKC1 trên nhiễm sắc thể số 1 xác định gen mã hóa chất vận chuyển Na+ (OsHKT8) đóng vai trò điều hòa cân bằng ion K+/Na+ (Kawasaki, S.; Gunter, K.; Singh, S.; Haque và ctv, 2021).
Tại Việt Nam, các công trình của Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2000, 2003, 2007) đã lập bản đồ gen chịu mặn trên quần thể F3 của tổ hợp IR28/Đốc Phụng, xác định chỉ thị RM223 trên nhiễm sắc thể số 8 liên kết với gen chịu mặn ở khoảng cách 6,3 cM (nhân bản phân đoạn 120 bp ở giống Đốc Phụng và 160 bp ở giống nhiễm IR28). Lang và ctv (2001) định vị QTL chịu mặn liên kết với marker OSR1 và RM315 trên nhiễm sắc thể số 1. Các nghiên cứu tiếp theo chuyển nạp QTL chịu mặn thành công trên giống AS996 (Robert Koebner, 2003), OM4900 và OM5629. Nhiều tác giả khác như Lê Xuân Thái và Trần Nhân Dũng (chọn lọc giống MTL664, MTL702 chịu mặn 4-6‰), Trần Thị Phương Thảo và ctv (2019), Nguyễn Thị Mỹ Duyên và ctv, Lê Hùng Lĩnh và ctv, Nguyễn Trọng Khanh và ctv (FCRI), Lê Thị Yến Hương và ctv (sử dụng RM8094, RM10745) đã ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn.
Vị trí của luận án là kế thừa các kết quả nghiên cứu nguồn gen bản địa và các chỉ thị SSR đã xác định (Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 và locus liên kết RM223 trên nhiễm sắc thể số 8), ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) kết hợp phương pháp lai hồi giao nhiều đời nhằm quy tụ gen chống chịu mặn vào các giống lúa cao sản OM1490, OMCS2000, OM6162, tạo ra các dòng thuần có khả năng chịu mặn ở giai đoạn mạ và ổn định năng suất tại ĐBSCL.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết phân loại thực vật chịu mặn: thực vật tích lũy muối (euhalophyte), thực vật thải muối (crinohalophyte), thực vật cách ly muối (localihalophyte) và thực vật không thấm muối (glycohalophyte). Cơ chế duy trì cân bằng nội môi ion, đặc biệt là tỷ lệ Na+/K+ thông qua hoạt động của các kênh vận chuyển ion và locus QTL Saltol, làm nền tảng sinh học cho các phản ứng chống chịu.
Hệ phương pháp thực tế kết hợp giữa kỹ thuật sinh học phân tử và khảo nghiệm nông học:
-
Phương pháp lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử (MAS - Marker Assisted Selection):
- Sử dụng giống Pokkali làm nguồn cho gen chống chịu mặn; các giống nhận gen là OM1490, OMCS2000, OM6162.
- Sơ đồ lai tạo: Tiến hành lai hữu tính tạo thế hệ F1, sau đó hồi giao liên tiếp với bố mẹ nhận gen để tạo các thế hệ BC1, BC2, BC3. Thế hệ BC3F1 được cho tự thụ phấn để tạo quần thể phân ly BC3F2 và chọn lọc cố định dòng ở thế hệ BC3F3.
-
Kỹ thuật sinh học phân tử:
- Tách chiết DNA tổng số bằng phương pháp CTAB/SDS, sử dụng dung dịch đệm ly trích kết hợp dung dịch đệm TE (pH = 8) và EDTA.
- Khuếch đại phân đoạn DNA đích bằng kỹ thuật PCR với các cặp mồi SSR: RM3252-S1-1 và RM24 (liên kết với gen chịu mặn Saltol trên nhiễm sắc thể số 1); RM223 và RM344 (liên kết với gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 8); cùng các chỉ thị kiểm tra đa hình như RM1324, RM3412, RM453, RM511.
- Điện di kiểm tra sản phẩm PCR trên gel agarose nồng độ 3% và gel polyacrylamide.
-
Phương pháp thanh lọc mặn và đánh giá kiểu hình:
- Đánh giá khả năng chịu mặn nhân tạo ở giai đoạn mạ và giai đoạn trỗ hoa dựa theo tiêu chuẩn đánh giá chuẩn SES của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI).
- Thiết lập các mức độ mặn nhân tạo có kiểm soát: EC = 0 dS/m (đối chứng), EC = 8 dS/m và EC = 15 dS/m.
- Các chỉ tiêu theo dõi gồm: số ngày sống sót sau thanh lọc (STL), tỷ lệ sống sót, chiều dài thân, chiều dài rễ, trọng lượng khô thân và trọng lượng khô rễ.
-
Phương pháp xử lý số liệu và phân tích di truyền:
- Phân tích tương quan kiểu hình và các tính trạng nông học bằng công thức thống kê và phần mềm IRRI Stat.
- Phân tích hệ gen đồ họa bằng phần mềm GGT (Graphical Genotyper) để xác định tỷ lệ phục hồi hệ gen của giống bố mẹ nhận gen qua các thế hệ con lai.
- Bố trí thí nghiệm khảo nghiệm cơ bản và đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường (GxE) theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) qua các vụ Đông Xuân và Hè Thu tại các điểm sinh thái.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài
Chương 1 trình bày chi tiết bức tranh tổng thể về tình hình xâm nhập mặn trên thế giới và tại ĐBSCL. Tác giả tổng hợp các số liệu thiệt hại do thiên tai hạn - mặn gây ra trong giai đoạn 2015–2020 tại các tỉnh ven biển như Bến Tre, Kiên Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, Trà Vinh. Dữ liệu đo đạc độ mặn tại 12 trạm vùng cửa sông Cửu Long và 3 trạm vùng sông Vàm Cỏ cho thấy nồng độ mặn cực đại vượt ngưỡng chịu đựng sinh lý của cây lúa ở nhiều thời điểm trong mùa khô.
Chương này đi sâu phân tích các cơ chế tác hại của đất mặn lên sự nảy mầm, sinh trưởng, hấp thu khoáng và năng suất hạt. Tác giả so sánh chi tiết ưu - nhược điểm của các phương pháp chọn giống: phương pháp trồng dồn (dễ thực hiện nhưng kém hiệu quả trong việc nâng cao năng suất do cạnh tranh quần thể làm mất cá thể quý), phương pháp chọn lọc phả hệ (đòi hỏi nhiều công sức và diện tích đánh giá ngoài đồng), phương pháp lai hồi giao truyền thống (mất nhiều thế hệ để loại bỏ liên kết gen bất lợi) và phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử (MAS). Luận điểm chính được khẳng định là việc kết hợp lai hồi giao với MAS cho phép theo dõi trực tiếp sự có mặt của gen mong muốn và kiểm soát tỷ lệ phục hồi hệ gen nền, giúp tiết kiệm 1-2 thế hệ chọn giống.
Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm, địa điểm và các vật liệu nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu bao gồm bộ giống lúa mùa bản địa thu thập tại 10 tỉnh ĐBSCL, bộ giống lúa cao sản, giống Pokkali (nguồn cho gen chịu mặn) và ba giống nhận gen (OM1490, OMCS2000, OM6162).
Quy trình thao tác được chuẩn hóa từ khâu chuẩn bị cây bố mẹ, kỹ thuật khử đực trên cây mẹ, lai thụ phấn nhân tạo đến quy trình ly trích DNA bằng dung dịch đệm SDS/CTAB và TE buffer (pH = 8). Tác giả cung cấp thông số pha chế gel polyacrylamide và gel agarose 3%, các chu trình nhiệt PCR cho từng primer microsatellite (RM223, RM3252-S1-1, RM1324, RM3412, RM453, RM511, RM344, RM24). Đồng thời, chương này thiết lập thang đo tiêu chuẩn SES (IRRI) đánh giá mức độ hại mặn ở các nồng độ EC 0, 8, 15 dS/m, quy trình phân tích kiểu gen bằng GGT và phương pháp bố trí thí nghiệm khảo nghiệm tính ổn định năng suất tại các vùng sinh thái.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:
- Đánh giá đa dạng nguồn gen và kiểu hình chịu mặn: Khảo sát 101 giống lúa mùa và bộ giống cao sản ở ba mức độ mặn EC = 0, 8, 15 dS/m. Kết quả ghi nhận sự suy giảm rõ rệt về chiều dài thân, chiều dài rễ, trọng lượng khô thân và trọng lượng khô rễ khi tăng nồng độ mặn. Phân tích thống kê bằng IRRI Stat đã xác định các nhóm di truyền mang khả năng chống chịu mặn ở giai đoạn mạ và giai đoạn trỗ hoa.
- Xác định tính đa hình của các chỉ thị phân tử: Kiểm tra các primer SSR trên các giống bố mẹ đã xác định các chỉ thị cho tính đa hình rõ rệt. Locus RM223 liên kết với gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 8 thể hiện sự phân tách băng rõ ràng giữa giống cho Pokkali (220 bp) và giống nhận OM1490 (200 bp). Chỉ thị RM3252-S1-1 liên kết với locus Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 phân tách hai phân đoạn 220 bp và 230 bp.
- Chọn lọc các quần thể lai hồi giao qua MAS: Đánh giá cá thể phân ly qua các thế hệ từ F1, BC1, BC2, BC3F1 đến BC3F2 và BC3F3 ở 3 tổ hợp lai:
- Tổ hợp OM1490/Pokkali//OM1490: Phân tích 36 dòng hồi giao BC2 và các dòng BC3F2 bằng marker RM223 và RM3252-S1-1 trên gel agarose 3%.
- Tổ hợp OMCS2000/Pokkali//OMCS2000: Kiểm tra 50 dòng BC2 và BC3F2 tại các locus RM223, RM3252-S1-1, RM24 và RM344 trên nhiễm sắc thể số 1 và số 8.
- Tổ hợp OM6162/Pokkali//OM6162: Đánh giá 35 dòng BC2 và 100 dòng BC3F2 qua thanh lọc mặn ở nồng độ EC = 8 dS/m và EC = 15 dS/m kết hợp phân tích PCR.
- Phân tích bản đồ GGT và phục hồi hệ gen: Lập bản đồ GGT trên các cá thể BC3F3 cho thấy các dòng con lai vừa mang đoạn gen chịu mặn mong muốn từ Pokkali trên nhiễm sắc thể số 1 và số 8, vừa phục hồi phần lớn hệ gen nền của các giống lúa cao sản bố mẹ nhận gen.
- Khảo nghiệm năng suất và đánh giá tương tác kiểu gen - môi trường (GxE): Đánh giá năng suất của bộ dòng triển vọng qua vụ Đông Xuân 2018-2019, vụ Đông Xuân 2019-2020 tại 6 điểm sinh thái, và vụ Hè Thu 2019 tại 6 điểm. Kết quả phân tích kiểu gen và môi trường đã xác định được các dòng lúa có năng suất thực thu cao, mang tính ổn định và thích nghi tốt với các vùng sinh thái nhiễm mặn.
Kết quả và những đóng góp mới
Các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án gồm:
-
Đóng góp về mặt khoa học:
- Cung cấp các dẫn liệu di truyền về mức độ đa dạng nguồn gen chống chịu mặn của tập đoàn giống lúa mùa và lúa cao sản tại ĐBSCL.
- Chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng chỉ thị phân tử SSR (RM3252-S1-1, RM24, RM223, RM344) trong việc nhận diện chính xác các alen chống chịu mặn (Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 và locus chịu mặn trên nhiễm sắc thể số 8).
- Thiết lập quy trình chọn lọc hồi giao cải tiến kết hợp phân tích GGT giúp cố định kiểu gen đích về trạng thái đồng hợp tử và phục hồi hệ gen nền của giống nhận gen.
-
Đóng góp về mặt thực tiễn:
- Tuyển chọn thành công 13 dòng lúa triển vọng mang gen Saltol ở thế hệ BC3F3 có khả năng chịu mặn ở giai đoạn mạ, thời gian sinh trưởng phù hợp và năng suất ổn định:
| STT dòng |
Ký hiệu dòng triển vọng |
Tổ hợp lai gốc |
Gen/Locus quy tụ |
| 1 |
BC3F3-11 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 2 |
BC3F3-40 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 3 |
BC3F3-51 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 4 |
BC3F3-52 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 5 |
BC3F3-16 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 6 |
BC3F3-18 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 7 |
BC3F3-34 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 8 |
BC3F3-48 |
OM1490/Pokkali//OM1490 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 9 |
BC3F3-11 |
OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 10 |
BC3F3-16 |
OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 11 |
BC3F3-34 |
OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 12 |
BC3F3-39 |
OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
| 13 |
BC3F3-48 |
OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 |
Gen Saltol (NST 1) & locus chịu mặn (NST 8) |
- Rút ngắn thời gian chọn tạo các dòng lúa cao sản ngắn ngày chịu mặn, cung cấp nguồn vật liệu di truyền phục vụ sản xuất lúa tại các vùng đất nhiễm mặn của ĐBSCL.
- Kiến nghị:
- Tiếp tục đưa các dòng lúa triển vọng BC3F3 đã được tuyển chọn vào hệ thống khảo nghiệm diện rộng và sản xuất thử tại các tiểu vùng sinh thái nhiễm mặn khác nhau của ĐBSCL để hoàn thiện hồ sơ công nhận giống.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc đánh giá tính chịu mặn ở giai đoạn mạ và giai đoạn trỗ hoa trong điều kiện thanh lọc nhân tạo; tương tác môi trường phức tạp tại đồng ruộng ở các giai đoạn phát dục khác cần được theo dõi liên tục qua nhiều năm.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục đánh giá các chỉ tiêu phẩm chất hạt (hàm lượng amylose, độ thơm, tỷ lệ bạc bụng), khả năng chống chịu các đối tượng sâu bệnh hại chính (rầy nâu, bệnh đạo ôn, bệnh bạc lá) trên 13 dòng triển vọng BC3F3; mở rộng khảo nghiệm sản xuất thử để đưa các dòng ưu việt vào cơ cấu giống canh tác của các địa phương ven biển ĐBSCL.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên và giảng viên chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, Công nghệ sinh học nông nghiệp trong việc nắm bắt phương pháp ứng dụng chỉ thị SSR và phần mềm GGT vào lai hồi giao.
- Các nhà chọn giống tại các viện nghiên cứu và trung tâm giống cây trồng trong việc sử dụng quy trình thanh lọc mặn kết hợp phân tích phân tử để rút ngắn chu kỳ chọn tạo giống.
- Các cơ quan quản lý nông nghiệp tại khu vực ĐBSCL trong việc định hướng cơ cấu giống lúa ngắn ngày có khả năng thích nghi với điều kiện biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn.
Câu hỏi thường gặp
1. Mục tiêu trọng tâm của việc ứng dụng chỉ thị phân tử (MAS) trong luận án là gì?
Ứng dụng chỉ thị phân tử nhằm phát hiện chính xác các gen/QTL kháng mặn đích (Saltol) trong các quần thể con lai phân ly, kiểm soát sự phục hồi hệ gen nền của giống bố mẹ nhận qua các thế hệ hồi giao, giúp rút ngắn thời gian chọn tạo và đưa kiểu gen chịu mặn về trạng thái đồng hợp tử.
2. Giống lúa nào được sử dụng làm nguồn cho gen chịu mặn và các giống nào đóng vai trò nhận gen?
Giống Pokkali được sử dụng làm nguồn cho gen chống chịu mặn. Ba giống lúa cao sản nhận gen được sử dụng trong các tổ hợp lai hồi giao là OM1490, OMCS2000 và OM6162.
3. Các chỉ thị phân tử SSR chính nào được sử dụng để theo dõi gen kháng mặn trên các nhiễm sắc thể?
Luận án sử dụng các chỉ thị phân tử microsatellite chính gồm: RM3252-S1-1 và RM24 trên nhiễm sắc thể số 1 (liên kết với QTL Saltol); RM223 và RM344 trên nhiễm sắc thể số 8 (liên kết với gen kháng mặn).
4. Luận án đã tuyển chọn được bao nhiêu dòng lúa triển vọng ở thế hệ BC3F3 và gồm những dòng nào?
Luận án đã tuyển chọn được 13 dòng lúa triển vọng mang gen Saltol ở thế hệ BC3F3, gồm 8 dòng từ tổ hợp lai OM1490/Pokkali//OM1490 (BC3F3-11, BC3F3-40, BC3F3-51, BC3F3-52, BC3F3-16, BC3F3-18, BC3F3-34, BC3F3-48) và 5 dòng từ tổ hợp lai OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 (BC3F3-11, BC3F3-16, BC3F3-34, BC3F3-39, BC3F3-48).
5. Thang nồng độ mặn nhân tạo nào được sử dụng để thanh lọc kiểu hình ở giai đoạn mạ?
Các thí nghiệm thanh lọc mặn giai đoạn mạ được thực hiện ở ba mức độ dẫn điện có kiểm soát theo hệ thống SES của IRRI: EC = 0 dS/m (đối chứng không mặn), EC = 8 dS/m và EC = 15 dS/m.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Trọng Phước đã ứng dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử SSR kết hợp phương pháp lai hồi giao để cải tiến tính chịu mặn trên cây lúa tại Đồng bằng sông Cửu Long. Nghiên cứu đã xác định tính đa hình của các locus liên kết với gen chịu mặn trên nhiễm sắc thể số 1 (Saltol) và số 8, đồng thời theo dõi sự phục hồi hệ gen nền qua phần mềm GGT. Kết quả đã tuyển chọn được 13 dòng lúa triển vọng thế hệ BC3F3 từ hai tổ hợp lai OM1490/Pokkali//OM1490 và OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 có khả năng chống chịu mặn ở giai đoạn mạ và năng suất ổn định. Đây là nguồn vật liệu và cơ sở dữ liệu di truyền giá trị phục vụ công tác phát triển giống lúa thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
